ГІДРОДИНАМІЧНА НЕСТАБІЛЬНІСТЬ ПОТОКУ РІДИНИ ПІСЛЯ СИМЕТРИЧНОГО РАПТОВОГО ЗВУЖЕННЯ ТРУБИ

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.32347/2524-0021.2022.39.44-52

Ключові слова:

раптове звуження труби, ступінь звуження потоку, діаметр труби, висота уступу, розміри вирового поясу

Анотація

Заходи зі зменшення втрат енергії в системах трубопровідного транспорту необхідно впроваджувати вже на етапі проектування. Зокрема це стосується й місцевих гідравлічних опорів трубопроводів. У статті досліджено розміри вирового поясу після симетричного раптового звуження круглої труби при течії ньютонівської рідини. Розглянуто ступені звуження потоку 0,250 та 0,321. Адже заходи, направлені на зменшення втрат енергії на раптовому звуженні круглої труби, мають бути ефективними при ступенях звуження потоку не менших за 0,250. Розміри вирового поясу мають екстремальну залежність з максимумом при переході від ламінарного режиму руху рідини до турбулентного. Зі збільшенням значень критерію Рейнольдса за ламінарного режиму ці розміри зростають, а за турбулентного режиму – мають зменшуватися. У першому випадку точка відриву потоку зміщується вниз за течією від площини зміни діаметрів раптового звуження труби. Розміри вирового поясу є пропорційними до критерію Рейнольдса. Описана поведінка є аналогічною зміні розмірів вирового поясу перед симетричним раптовим звуження круглої труби. Перехідна зона між ламінарним і турбулентним режимами руху рідини є в межах від 9650 до 40000 та від 1200 до 5000 для критерію Рейнольдса, визначеного за діаметром малої труби та висотою уступу відповідно. Розміри вирового поясу після уступу зменшується, якщо віднесені до діаметру малої труби, та збільшуються, якщо віднесені до висоти уступу. Зміна довжини вирового поясу є більшою за зміну його висоти. Отримані результати узгоджуються з наведеними в літературі даними. Для з’ясування щодо застосування заходів для зменшення втрат енергії на цьому місцевому гідравлічному опорі пропонується дослідити розміри вирового поясу після раптового звуження круглої труби за інших значень ступеня звуження потоку, більших за 0,250.

Посилання

Tananaev, A. V. (1979). Techenie v kanalah MGD-ustrojstv. Moskva: Atomizdat [in Russian]

Palacios, S. F., Machuca, J., Franco, T. A., & Morales, R. E. M. (2010). Experimental and Numerical Study of Turbulent Newtonian Flow through an Axisymmetric Sudden Contraction: Proceedings of the ENCIT by ABCM, ENC10-0572. Retrieved from https://www.abcm.org.br/anais/encit/2010/PDF/ENC10-0572.pdf.

Bajbakov, O. V., Bashta, T. M., Kirillovskij, Yu. L., Nekrasov, B. B., & Rudnev, S. S. (1982). Gidravlika, gidromashiny i gidroprivody: Uchebnik dlya mashinostroitel'nyh vuzov. Moskva: Mashinostroenie. [in Russian]

Bullen, P. R., Cheeseman, D. J., & Hussain, L. A. (1996). A study of Turbulent Flow in Pipe Contractions. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering; 210 (3), 171–180. https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1996_210_312_02.

Chugaev, R. R. (1982). Gidravlika (Tekhnicheskaya mekhanіka zhidkosti). Leningrad: Energoizdat, Leningradskoe otdelenie [in Russian]

Nosko S. V., & Bulygin, V.О. (2012). Research of kinematic characteristics of abnormally viscous fluids in channels with high-speed variable geometry by visualization methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7(60), 47–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2012.5559. [in Ukrainian]

Samohvalov, A. S. (1989). Zakonomernosti techenij nen'yutonovskih zhidkostej na perekhodnyh uchastkah kanalov (Doctor of philosophy thesis, Кyiv Civil Engineering Institute, Кyiv, USSR) [in Russian]

Simpson, R. L. (1985). Two-Dimensional Turbulent Separated Flow. AGARD-AG-287. Vol. l. NATO. Retrieved from:https://apps.dtic.mil/sti/citations/ADA160659.

Ando, T., & Shakouchi, T. (2004). Flow characteristics over forward facing step and through abrupt contraction pipe and drag reduction. Res. Rep. Fac. Eng. Mie Univ., 29. 1-8. Retrieved from www.eng.mie-u.ac.jp/research/activities/29/29_1.pdf. (Retrieved May 20, 2022)

Sherry, M., Lo Jacono, D., & Sheridan, J. (2010). An experimental investigation of the recirculation zone formed downstream of a forward facing step. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 98(12). 888-894. http://dx.doi.org/10.1016/j.jweia.2010.09.003.

Essel, E. E., Mali, S., Thacher, E. W., & Tachie, M. F. (2014). Upstream roughness effects on reattached turbulent flow over forward facing step. In 10th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements, Spain. Retrieved from https://torroja.dmt.upm.es/congresos/ETMM10/4-Essel.pdf

Camussi, R., Felli, M., Pereira, F., Aloisio, G., & Di Marco, A. (2008). Statistical properties of wall pressure fluctuations over a forward-facing step. Physics of Fluids, 20(7), 075113. http://doi.org/10.1063/1.2959172.

Borzenko, E. I., Ryltseva, K. E., Frolov, O. Yu., & Shrager, G. R. (2017). Calculation of the local resistance coefficient of viscous incompressible fluid flow in a pipe with sudden contraction. Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 48, 36–48. Retrieved from https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-koeffitsienta-mestnogo-soprotivleniya-dlya-techeniya-vyazkoy-neszhimaemoy-zhidkosti-v-trube-s-vnezapnym-suzheniem/viewer. [in Russian]

Krhan, A., & Giorgini, F. (2016). Numerical investigations of laminar flow in a pipe with a sudden contraction of his cross-sectional area. Tech. rep. Linköping University. Retrieved from https://www.academia.edu/23612237/Numerical_investigations_of_laminar_flow_in_a_pipe_with_a_sudden_contraction_of_his_cross-sectional_area.

Cherrared, D., & Filali, E. G. (2013). Hydrodynamics and Heat Transfer in Two and Three-Dimensional Minichannels. Fluid Dynamics and Materials Processing. 9.2, 127-151. Retrieved from https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00259871/document.

Orel, V. I. (2013). Investigation of the proportion of irreversible losses in total pressure losses at the sudden narrowing of pipe. Problems of Water supply, Sewerage and Hydraulics, 21, 181–190. [in Ukrainian]

Orel, V. I. (2012). Zmenshennia hidravlichnoho oporu raptovoho zvuzhennia truboprovodu za dopomohoiu priamoliniinoi tsylindrychnoi vstavky. Proc. 2nd Int. sci.-pract. seminar ‘Povhovskie nauchnye chtenija’. Donetsk: Donetsk National University. 28–33. [in Ukrainian]

Chernyuk, V. V., Pitsishin, B. S., Orel, V. I. & Zhuk, V. M. (2002). Influence of Polyacrylamide Additions on the Head Loss in Abrupt Contractions and Expansions of Pipes. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 75, 910–919. https://doi.org/10.1023/A:1020319219729.

Popov, A. M. (2000). Razrabotka i realizaciya gidrodinamicheskogo metoda rascheta harakteristik drossel'nyh elementov gidroapparatury pri dokriticheskih chislah Rejnol'dsa (Doctor of philosophy thesis, Moskovskij energeticheskij institut (tekhnicheskij universitet), Moskva, Russia) [in Russian]

Ando, T., Shakouchi, T., & Miyata, K. (2004). Drag Reduction of Abrupt Contraction Pipe (Control of Flow Separation by Small Obstacle). Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. B; 70 (691). 650–656. Retrieved from https://www.jstage.jst.go.jp/article/kikaib1979/70/691/70_691_650/_pdf.

Orel, V., Pitsyshyn, B., & Konyk T. (2021). Hydrodynamical instability of newtonian flow before an axisymmetric sudden contraction. Theory and Building Practice. 3(2), 32–38. https://doi.org/10.23939/jtbp2021.02.032.

Kvitkovskij, Ju. V. (1986). O strukture i soderzhanii razdela gidrodinamiki ‘Neravnomernoe napornoe dvizhenie zhidkosti’. In Metodika prepodavanija gidravliki napornyh techenij 64-73. Leningrad: Leningradskij polіtehnіcheskij institut. [in Russian]

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-06-09